俄羅斯蘇爾古特3千米鉆機MCC模塊電控設計

陳思橋，鄔 靜，陳 勇，唐 穎

（1.美國密歇根大學，美國底特律；2.華北電力大學，北京 102206；3.中國石油川慶鉆探川西鉆探公司，四川成都 610000；4.四川宏華石油設備有限公司，四川廣漢 618300）

俄羅斯蘇爾古特3千米鉆機MCC模塊電控設計

陳思橋1，2，鄔 靜3，陳 勇4，唐 穎4

（1.美國密歇根大學，美國底特律；2.華北電力大學，北京 102206；3.中國石油川慶鉆探川西鉆探公司，四川成都 610000；4.四川宏華石油設備有限公司，四川廣漢 618300）

介紹了出口俄羅斯的3千米鉆機中的MCC系統，是中國專門針對當地的低溫氣候條件設計的產品，目的是為鉆機九大系統的動力配置提供足夠支持。該系統經用戶的實踐驗證，設計合理，滿足了俄羅斯嚴酷的低溫環境需求，實現了預期目標。

鉆井設備；油氣開發；MCC模塊電控；低溫環境

俄羅斯第4大石油公司蘇爾古特石油和天然氣公司（Surgutneftegaz）近年來在中國訂購了大批鉆機。中國的MCC控制技術在該批鉆機上得到了全面的推廣運用。

石油鉆機是一種綜合性，多功能，聯合作業的全天候鉆井設備，電器自動化已經全面應用其中，針對其-45℃的低溫使用條件，結合其國家行業法規設計了機控中心，簡稱MCC模塊。MCC模塊用于接收400伏，50赫茲的電能并分配給鉆機的用電設備；同時把400伏，50赫茲的電能轉變成600伏，50赫茲的電能提供給鉆機主驅動系統。MCC模塊履行了電能控制和分配的功能，同時對鉆機用電設備起到保護作用[1-2]。

MCC模塊電氣設備的使用，按照《電氣設備規則》，MCC模塊由于電流、電壓原因，可能致人受傷，屬于危險區域。因此電氣設備的使用應按照《電器用電設備技術操作規程》及《行業間電氣設備使用勞動保護規則》進行。

1 技術參數

所提供圖紙上的（圖紙號:ES198.D004P）MCC模塊外形主要尺寸如下：

長×寬×高： 8 800 mm×3 100 mm×3 000 mm

鉆機主驅動:600 V，50赫茲

使用溫度: -45°С～+45°С

存儲溫度: -62°С～+50°С

相對濕度: 90%

重 量： 24 000 kg

2 模塊供電及控制系統設計

工作原理單線圖如圖1所示。

（1）發電機模塊供電狀態，在確保各條發電線路正常供電的情況下，發電線路1在開關柜3面板上的電紅色燈HL1指示得電，白色燈HL2指示斷路器已經儲能，可以合閘，按下合閘按鈕，綠色燈HL3指示運行，向母排供電。發電線路2在開關柜2面板上的電紅色燈HL1指示得電，白色燈HL2指示斷路器已經儲能，可以合閘，按下合閘按鈕，綠色燈HL3指示運行，母排得電。發電線路3在開關柜2面板上的電紅色燈HL4指示得電，白色燈HL5指示斷路器已經儲能，可以合閘，按下合閘按鈕，綠色燈HL5指示運行，母排得電。如果三臺或兩臺發電機并車后同時供電，其電流在400 V主母排上匯流。

（2）變電站模塊供電，在確保變壓器T1、T2供電正常的情況下。變壓器T1進線在開關柜1面板上的電紅色燈HL1指示得電，白色燈HL2指示斷路器已經儲能，可以合閘，按下合閘按鈕，綠色燈HL3指示運行。變壓器T2進線在開關柜1面板上的電紅色燈HL1指示得電，白色燈HL2指示斷路器已經儲能，可以合閘，按下合閘按鈕，綠色燈HL3指示運行，向母排供電。兩趟電流在400 V主母排上匯流。

主母排上有400 V電后，變壓器T3開關在開關柜3面板上的紅色燈HL4指示得電，白色燈HL5指示斷路器已經儲能，可以合閘，按下合閘按鈕，綠色燈HL6指示運行，這時變壓器房內SGB9-2000/0.4/2×0.6變壓器得電。可以在VFD房進行600 V主驅動的操作。合上照明柜內斷路器QF1斷路器，實現對照明柜內各個開關上端的送電，合上柜內的各個斷路器，即可實現相應照明或者加熱等設備的供電。

將補償柜主斷路器QF對應延伸手柄開關合上，即保證在使用高壓變電站對系統供電后，通過補償柜監測到功率因數較低時，自動投入補償回路對系統進行無功補償。

通過400 V橫跨母排對自動送鉆柜供電，送鉆柜面板上的按鈕SB2和SB1分別是變頻器通電使能和變頻器斷電的作用。即按下SB2后，送鉆變頻器進入使能狀態，按下SB1后，送鉆變頻器將斷電，送鉆電機停止工作。

通過400 V橫跨母排對MCC抽屜柜供電，MCC1與MCC2紅色電源指示燈HL1處于亮的狀態，將軟啟動柜門上的操作手柄轉到“合閘”位置，白色指示燈HL2將處于亮的狀態，按下啟動按鈕SB2，使能指示燈HL3處于亮的狀態。啟動過程完成后，轉入旁路運行，HL15熄滅，這時抽屜上的綠色運行指示HL25燈將處于亮的狀態。在抽屜面板上的電流表PA1，顯示該電機啟動和運行時的電流。在啟動前或啟動過程中。CB回路的通電是將對應抽屜操作手柄轉到“合閘”位置，即實現了對應模塊的供電。FVNR+HOA控制回路抽屜的送電分為自動和手動兩種情況，將對應抽屜操作手柄轉到“合閘”位置。合上開關柜4內的斷路器QF11和QF15，即實現對頂驅和儲備灌區的供電。

圖1 原理單線圖

3 MCC柜負荷設計

動力分配及負荷布局設計圖如圖2所示。

圖2 MCC柜負荷分配圖

抽屜式MCC單元1，2，3，4柜為鉆機輔助機械裝置低壓控制系統（PD箱）提供電源，并為鉆機上和井場的用電設備從400 V母排上通過自動斷路器供電;控制、配電和保護功能。

MCC抽屜為380 V電氣設備供電，并有控制和保護功能。在需要啟動電氣設備時，需接通相應的抽屜并給相應的電氣設備供電。

FVNR型抽屜-用于向具有保護功能的用電設備供電，保護功能為：短路保護、缺相保護、線圈過熱保護和，最小供電電壓保護。

FVNR+HOA型抽屜-具有FVNR功能的抽屜和可通過PLC通道控制該抽屜用電設備的抽屜。按照該原來設計的抽屜為：МСС 3柜的A，B， C，D和MCC4柜的A，B，C，D。

泥漿泵模塊中，功率為2.2 kW的1號泥漿泵噴淋泵電機的操作和供電抽屜；井架-絞車模塊ГУП-14（防噴器控制室）的操作和供電抽屜，50A［3］。

4 負荷分配

1.2.1 1，2，3，4號開關柜［3］

安裝在4個柜子上的自動開關保證了鉆機用電設備的電力供應，并為用電設備提供保護。

QF1，QF2，QF3斷路器的額定電流為1 600 A，用于控制從主柴油發電站向MCC模塊母排供電。

QF4斷路器的額定電流為400 A，用于控制從應急柴油發電站向MCC模塊母排供電。

QF5，QF6斷路器的額定電流為3 200 A，用于控制從KRU（高壓變電房）變壓器Т1，Т2向MCC模塊母排供電。

QF7開關，額定值為 25 A，為“RAZ?REZ-2”測量站供電。

QF8斷路器的額定電流為3 200 A，用于向變壓器T3供電的控制。

QF11斷路器的額定電流為630 A，用于控制向頂驅系統供電。

QF15斷路器的額定電流為630 A，用于儲備罐中供電操作。.

5 組成設備

（1）三相變壓器（牌號SGB9-2000/0.4/2× 0.6）［2］

2 000 kVA變頻變壓器位于MCC房一個單獨的變壓器室中。在變壓器室內配有一個加熱器，一個照明燈，一個排風扇。變壓器的作用是將400 V電源轉為兩路相位相差30°的600 V電源，為VFD系統提供電源。

（2）自動送鉆柜

設計圖如圖3所示。

在緊急傳動柜中安裝有自動斷路器QF20（額定電流100 A），及為送鉆電機提供電源的變頻裝置+P901+D150，變頻器牌號ACS800-1-0060-3。同時為確保應急驅動MCC模塊從外部工作，在單獨艙內安裝有剎車電阻BR2，功率25 kW。

在自動送鉆柜中還安裝有轉換開關SA10，保證在PLC兩個通道出現故障時，實現超重保護功能。

圖3 自動送鉆設計圖

6 柜子加熱抽屜系統

MCC4柜中安裝下列抽屜：

（1）2.2 kW的轉子通風電機操作和供電單元；

（2）11 kW的鉆井泵№2通風電機的操作和供電單元；

（3）2.2 kW的轉子油泵電機的操作和供電單元；

（4）2.2 kW鉆井泵№2油泵電機的操作和供電單元；

（5）2.2 kW鉆井泵№2活塞桿灌溉泵電機的操作和供電單元；

（6）電流為25 A絞車組件中鉆井絞車盤式液壓站的操作和供電單元。

7 補償柜

補償柜內安裝有6路補償裝置，6路補償裝置分別由電容器、電抗器、接觸器、熱繼電器、熔斷器等電器組成。可以通過設置自控器參數改變補償柜使用的條件，即改變功率因數限值。由電流互感器檢測到工業網供電回路的進線電流，通過自控器自動調節選擇由幾路補償裝置投入到電網的無功補償中去。

從MCC模塊通過電纜為鉆機用電設備供電。從MCC輸出到用電設備通過插接件板完成。電纜通過插harting插接件連接該插接件板。插件的型號有：Han 3A、Han 4A、Han 10A、Han k 4/0、Han 6 HsB、Han Q 5/0、Han K 3/2、safe 20。

8 結論

目前中國制造公司已經出口有五臺3千米鉆機在俄羅斯蘇爾古特地區，這些鉆機投入使用后已完成鉆井進尺約4.6萬米，這批設備運轉良好。表明該套MCC系統設計合理，功能可靠，能夠適應俄羅斯蘇爾古特地區低溫環境的使用需求，基于巨大的市場需求，在未來該技術將會給制造企業帶來極大的經濟價值。

［1］孫克軍.電工手冊［M］.北京：化學工業出版社，2009.

［2］任元會.配電設計與民用手冊：第三版［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［3］孫祖梅.低壓電器及開關設備［M］.北京：機械工業出版社，2006.

Research of the Russia Surgut 3km Drilling MCC Module Electric Control Design

CHEN Si-qiao1，2，WU Jing3，CHEN Yong4，TANG Ying4
（1.University of Michigan-Dearborn，Detroit，U.S.A.；2.North China Electric University，Beijing102206，China；3.CNPC Chuanqing Drilling Company Equipment Department and chuanxi Drilling Company Equipment Department，Chengdu610000，China；4.Sichuan Honghua Petroleum Equipment Co.，Ltd.，Guanghan618300，China）

MCC system of 3 kilometer rig exported to Russia,is China specifically for the design of low temperature climate conditions of local products,for the purpose of power drill nine system provides enough support.The system is verified by practice,the user's design is reasonable,to meet the Russian temperature harsh environmental requirements,and achieve the desired objectives.

drilling equipment；oil and natural gas development；MCC module electronic control；low temperature environment

TE928

B

1009－9492(2014)05－0119－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.05.030

陳思橋，男，1992年生，四川遂寧人，大學本科。研究領域：電器自動化控制技術。已發表論文3篇。

(編輯：向 飛)

2013－11－19